Henderson Hasselbalchi pidev ionisatsioonivõrrand ja harjutused

The ionisatsioonikonstant (või dissotsiatsioon) on omadus, mis peegeldab aine kalduvust vabastada vesinikioonid; see tähendab, et see on otseselt seotud happe tugevusega. Mida suurem on dissotsiatsioonikonstand (Ka), seda suurem on vesiniksidemete vabanemine happe poolt.

Näiteks vee puhul on selle ionisatsioon tuntud kui "autoprotolüüs" või "autoioniseerimine". Siin annab veemolekul H⁺ teisele, valmistades H-iioone₃O⁺ ja OH^-, nagu näete alloleval pildil.

Happe dissotsiatsiooni vesilahusest võib skemaatiliselt näidata järgmiselt:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       A^-

Kui HA tähistab ioonitud hapet, siis H₃O⁺ hüdroniumioonile ja A^- selle konjugaadi alus. Kui Ka on suur, dissotsieerub suurem osa HA-st ja seega on suurem hüdrroniumioonikontsentratsioon. Seda happesuse suurenemist saab määrata lahuse pH muutuse jälgimisega, mille väärtus on alla 7..

Indeks

• 1 Ioniseerimise tasakaal
  • 1.1 Ka
• 2 Henderson-Hasselbalchi võrrand
  • 2.1 Kasutamine
• 3 Ioniseerimise pidev harjutused
  • 3.1 Harjutus 1
  • 3.2 Harjutus 2
  • 3.3 Harjutus 3
• 4 Viited

Ioniseerimise tasakaal

Topeltnooled ülemises keemilises võrrandis näitavad, et reaktiivide ja toote vahel on tasakaal. Kuna kogu tasakaal on konstantne, juhtub see ka happelise ionisatsiooni puhul ja see on väljendatud järgmiselt:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodünaamiliselt defineeritakse konstantse Ka aktiivsus, mitte kontsentratsioonid. Lahjendatud vesilahustes on vee aktiivsus umbes 1 ja hüdroniumiooni, konjugaadi aluse ja dissotsieerumata happe aktiivsus on nende molaarsete kontsentratsioonide lähedal..

Nendel põhjustel võeti kasutusele dissotsiatsioonikonstant (ka), mis ei sisalda vee kontsentratsiooni. See võimaldab nõrga happe dissotsiatsiooni lihtsustada lihtsamalt ja dissotsiatsioonikonstant (Ka) väljendatakse samal viisil.

HA  <=> H⁺     +      A^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

Dissotsiatsioonikonstant (Ka) on tasakaalukonstantide ekspressiooni vorm.

Mitte dissotsieerunud happe, konjugaadi aluse ja hüdronium- või vesinikioonide kontsentratsioonid jäävad tasakaalu saavutamise järel konstantseks. Teisest küljest on konjugaadi aluse ja hüdroniumiooni kontsentratsioon täpselt sama.

Nende väärtused on antud kümnendi volitustega negatiivsete eksponentidega, seega tutvustati Ka väljenduse lihtsamat ja juhitavat vormi, mida nad nimetasid pKa.

pKa = - log Ka

PKa-d nimetatakse tavaliselt happe dissotsiatsioonikonstantiks. PKa väärtus on selge märge happe tugevusest.

Neid happeid, mille pKa väärtus on madalam või negatiivsem kui -1,74 (hüdroniumiooni pKa), loetakse tugevateks hapeteks. Kuigi happeid, mille pKa on suurem kui -1,74, loetakse mitte-tugevateks hapeteks.

Henderson-Hasselbalchi võrrand

Ka ekspressioonist tuletatakse võrrand, mis on analüütilistes arvutustes äärmiselt kasulik.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Logaritmide võtmine,

log Ka = log H⁺  +   log A^-   -   log HA

Ja kliiringu logi H⁺:

-log H = - log Ka + log A^-   -   log HA

Seejärel kasutatakse pH ja pKa määratlusi ning rühmitatakse uuesti:

pH = pKa + log (A^- / HA)

See on kuulus Henderson-Hasselbalchi võrrand.

Kasutage

Henderson-Hasselbachi võrrandit kasutatakse puhverlahuste pH määramiseks, samuti seda, kuidas nad mõjutavad konjugaadi aluse ja happe suhtelist kontsentratsiooni pH väärtuses..

Kui konjugaadi aluse kontsentratsioon on võrdne happe kontsentratsiooniga, on mõlema termini kontsentratsioonide suhe 1; ja seetõttu on selle logaritm 0.

Selle tulemusena on pH = pKa, millel on see väga oluline, kuna sellises olukorras on puhvri efektiivsus maksimaalne.

Tavaliselt on pH-tsoon, kus on maksimaalne puhvervõimsus, kus pH = pka ± 1 pH ühik.

Ioniseerimise pidevad harjutused

Harjutus 1

Nõrga happe lahjendatud lahusel on tasakaalus järgmised kontsentratsioonid: mittesidestatud hape = 0,065 M ja konjugaadi aluse kontsentratsioon = 9 · 10^-4 M. Arvutage happe Ka ja pKa.

Vesiniku iooni või hüdroniumiooni kontsentratsioon on võrdne konjugaadi aluse kontsentratsiooniga, kuna need pärinevad sama happe ionisatsioonist..

Võrdluses asendamine:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Võrdluses nende vastavate väärtuste asendamine:

Ka = (9 · 10^-4 M) (9 · 10^-4 M) / 65 · 10^-3 M

= 1,246 · 10^-5

Ja siis arvutatakse selle pKa

pKa = - log Ka

= - log 1,246 · 10^-5

= 4,904

Harjutus 2

Nõrga happe kontsentratsioonil 0,03 M on dissotsiatsioonikonstant (Ka) = 1,5 · 10^-4. Arvuta: a) vesilahuse pH; b) happe ionisatsiooniaste.

Tasakaalu juures on happe kontsentratsioon võrdne (0,03 M - x), kus x on happe kogus, mis dissotsieerub. Seetõttu on vesiniku või hüdroniumiooni kontsentratsioon x, nagu ka konjugeeritud aluse kontsentratsioon.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M-x. Kahe väike väärtus näitab, et hape lagunes tõenäoliselt väga vähe, nii et (0,03 M - x) on ligikaudu 0,03 M.

Kaasas asendamine:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

Ja kui x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2,12 x 10^-4]

pH = 3,67

Ja lõpuks ionisatsiooni astme kohta: seda saab arvutada järgmise väljenduse abil:

[H⁺] või [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Harjutus 3

Arvutan Ka happe ionisatsiooni protsendilt, teades, et see ioniseeritakse 4,8% algkontsentratsioonist 1,5 · 10^-3 M.

Et määrata ioniseeritava happe kogus, määratakse selle 4,8% \ t.

Ioniseeritud kogus = 1,5 · 10^-3 M (4,8 / 100)

= 7,2 x 10^-5 M

See ioniseeritud happe kogus on võrdne konjugaadi aluse kontsentratsiooniga ja hüdroniumioonide või vesinikioonide kontsentratsiooniga tasakaalus..

Happe kontsentratsioon tasakaalus = happe algkontsentratsioon - ioniseeritud happe kogus.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1,428 x 10^-3 M

Ja siis lahendades samad võrrandid

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka = (7,2 · 10^-5 M x 7,2 · 10^-5 M) / 1,428 · 10^-3 M

= 3,63 x 10^-6

pKa = - log Ka

= - log 3,63 x 10^-6

= 5,44

Viited

1. Keemia LibreTexts. (s.f.). Dissotsiatsioonikonstant. Välja otsitud andmebaasist: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Dissotsiatsioonikonstant. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R.E., Peck, L. P. ja Stanley, G. G. Chemistry. (2008) Kaheksas väljaanne. Cengage'i õppimine.
4. Segel I. H. (1975). Biokeemilised arvutused. 2.. Väljaanne. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Kuidas arvutada happe ionisatsiooni konstant. Uuring. Välja otsitud: study.com.